第4节　
能量之源——光与光合作用(二)
考点一　影响光合作用强度的因素
【核心知识通关】
1.光合作用强度：
(1)概念：指植物在单位时间内通过光合作用制造
_______的量。
(2)表示方法：一定时间内_________或_________的量。
有机物
原料消耗
产物生成
2.影响光合作用强度的因素：
(1)光照强度。
①影响原理：光照强度通过影响植物的___反应进而
影响光合速率。
②曲线分析：
光
a.细胞呼吸与光合作用之间的关系：表观光合速率
=_____________-呼吸速率。
实际光合速率
b.曲线各段分析：
细胞呼吸
<
=
>
不再增加
③应用。
a.间作套种时农作物的种类搭配。
b.林间带树种的配置。
c.冬季温室栽培等。
(2)二氧化碳浓度。
①影响原理：CO2是植物进行光合作用的原料，CO2通
过影响_______阶段C3的合成进而影响光合作用强度。
暗反应
②曲线分析：
<
=
>
不再增加
③应用。
a.大田要“正其行，通其风”，多施有机肥。
b.温室内可通过放干冰、使用CO2生成器、施用农家肥与猪舍鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。
(3)温度。
①原理：温度通过影响_________影响光合作用速率。
②曲线分析：

光合速率和呼吸速率都受温度的影响，但_________
_______对温度反应更为敏感。
酶的活性
光合作用
相关酶
③应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
(4)水。
①原理：植物缺水会导致气孔关闭，___供应不足，
影响光合速率。
②应用：预防干旱，合理灌溉。
CO2
(5)矿质元素。
①原理：矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物
的_________，缺乏会影响光合作用的进行。如：N是
酶的组成元素；N、P是ATP的组成元素；Mg是叶绿素
的组成元素等。
组成成分
②曲线分析：
在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合速率；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合速率下降。
③应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。
【特别提醒】
(1)光照强度：随光照强度增大光反应生成的[H]和ATP增多，但是由于受到CO2浓度及内在因素的限制，光合作用将会达到饱和点。
(2)限制光合作用的内部因素：酶的活性、色素的数量、C5的含量等。
①由于色素具有吸收、传递、转换光能的作用，限制光能吸收的主要内部因素是色素的数量。
②当其他条件适宜，CO2达到饱和点时，限制因素最可能是C5的含量。
【深化探究】
(1)分析多因子变量影响光合作用曲线：
P点：限制光合速率的因素应为_______所表示的因子，
随该因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：影响因子主要为_______所表示的因子。
横坐标
各曲线
(2)温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温
度，增加光合作用相关酶的活性，可以有效提高光合
速率；还可以采取的措施是_____________等。当温度
适宜时，要适当提高_________________以提高光合速
率。
充入适量的CO2
光照强度和CO2浓度
【典题技法归纳】
(2015·江苏高考)为了研究2个新育品种P1、P2幼苗的光合作用特性，研究人员分别测定了新育品种与原种(对照)叶片的净光合速率、蛋白质含量和叶绿素含量，结果如下图所示。请回答下列问题：
(1)图1的净光合速率是采用叶龄一致的叶片，在_____
______________相同的实验条件下，测得的单位时
间、单位叶面积____的释放量。
(2)光合作用过程中，CO2与C5结合生成__________，
消耗的C5由__________经过一系列反应再生。
(3)由图可知，P1的叶片光合作用能力最强，推断其主
要原因有：一方面是其叶绿素含量较高，可以产生更
多的________；另一方面是其蛋白质含量较高，含有
更多的__________。
(4)栽培以后，P2植株干重显著大于对照，但籽实的产
量并不高，最可能的生理原因是___________________
_____________________________________________。
【解题指南】图示信息：从图1中看出，温度影响净光合速率；从图2中看出，P1和P2的叶绿素和蛋白质含量高于对照组。
【解析】本题考查光合作用和呼吸作用的相关知识。(1)在光照强度、CO2浓度相同的实验条件下，可采用叶龄一致的叶片，测得其单位时间、单位叶面积O2的释放量或干物质的增加量来表示净光合速率。(2)暗反应过程中CO2与C5结合生成C3，C3经过还原一部分形成葡萄糖，一部分形成C5。(3)P1的叶片光合作用能力最强，主要原因是其叶绿素含量较高，光反应强烈，形
成比较多的ATP和[H]用于暗反应；蛋白质含量高，说明参与光合作用的酶含量高，这两点都利于暗反应的进行。(4)P2植株干重显著大于对照，籽实产量不高，最可能的生理原因是光合作用产物更多地积累在茎秆等营养器官中，向籽实运输的少。
答案：(1)光照强度、CO2浓度　O2　(2)C3　C3
(3)[H]和ATP　参与光合作用的酶
(4)P2光合作用能力强，但向籽实运输的光合产物少
【母题变式】
(1)新育品种与原种光合酶的最适温度都是_____。
(2)净光合速率除可检测O2释放量外，还可检测_____
___________________。
(3)若突然转为阴天，则该植物的C3含量_____，C5含
量_____。
25℃
CO2吸
收量(有机物积累量)
增加
减少
【方法规律】“三步法”分析组合图
第一步：先单独分析每个图的生物学意义。
(1)图1为温度对不同品种幼苗净光合速率的影响。
(2)图2为不同品种幼苗叶绿素含量和蛋白质含量的比较。
第二步：建立不同图解之间的联系。
一定范围内，叶绿素和蛋白质含量越高，净光合速率越快。
第三步：联系所学知识，解释不同图解之间的关系。
(1)叶绿素是光反应中捕获光能的色素，光反应的产物是ATP和[H]，因此一定范围内，叶绿素含量越高，幼苗的净光合速率越快。
(2)光合作用相关酶的化学本质是蛋白质，因此一定范围内，蛋白质含量越高，光合作用相关酶越多，则幼苗净光合速率越快。
【高考模拟精练】
1.(2015·重庆高考)将如图所示细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述错误的是(　　)
A.黑暗条件下，①增大、④减小
B.光强低于光补偿点时，①、③增大
C.光强等于光补偿点时，②、③保持不变
D.光强等于光饱和点时，②减小、④增大
【解题指南】(1)题干关键词：“密闭容器”“短时间内发生了相应变化”。
(2)思维流程：根据选项所给条件判断细胞生理状态，即细胞呼吸大于光合作用、细胞呼吸等于光合作用、细胞呼吸小于光合作用→细胞对O2和CO2的利用和产生情况。
【解析】选B。本题考查光合作用和细胞呼吸过程中O2
和CO2的产生和消耗情况。A项条件下只进行细胞呼吸，
B项条件下细胞呼吸大于光合作用，表观只进行细胞呼
吸，这两项均消耗O2，产生CO2，则①②增大，③④减
小，故A项叙述正确，B项叙述错误。C项条件下，细胞
呼吸等于光合作用，O2和CO2产生、消耗动态平衡，②
③保持不变，故该叙述正确。D项条件下，光合作用大
于细胞呼吸，表观只进行光合作用，①②减小、③④
增大，故该叙述正确。
2.(2015·四川高考)在适宜温度和大气CO2浓度条件下，测得某森林中林冠层四种主要乔木的幼苗叶片的生理指标(见下表)。下列分析正确的是(　　)
(光补偿点：光合速率等于呼吸速率时的光强；
　　光饱和点：达到最大光合速率所需的最小光强)
A.光强大于140μmol·m-2·s-1，马尾松幼苗叶肉细胞中产生的O2全部进入线粒体
B.光强小于1 255μmol·m-2·s-1，影响苦槠幼苗光合速率的环境因素是CO2浓度
C.森林中生产者积累有机物的能量总和，即输入该生态系统的总能量
D.在群落演替过程中，随着林冠密集程度增大青冈的种群密度将会增加
【解析】选D。本题考查光合作用的影响因素。光强
大于140μmol·m-2·s-1，马尾松幼苗叶肉细胞光合
速率大于呼吸速率，产生的O2部分进入线粒体，其余
释放到细胞外，故A项错误；题干条件“适宜温度和大
气CO2浓度”，1 255μmol·m-2·s-1是苦槠的光饱和
点，小于1 255μmol·m-2·s-1时影响苦槠幼苗光合速
率的环境因素是光照，故B项错误；输入该生态系统的
总能量=生产者积累有机物的能量总和+生产者的呼吸消耗，故C项错误；相对其他植物，青冈的光补偿点和光饱和点均较低，属阴生植物，所以随着林冠密集程度增大，更适宜其生存，故D项正确。
3.(2015·海南高考)植物甲与植物乙的净光合速率随叶片温度(叶温)变化的趋势如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.植物甲和乙光合作用所需要的能量都来自太阳能
B.叶温在36～50℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高
C.叶温为25℃时，植物甲的光合与呼吸作用强度的差值不同于植物乙的
D.叶温为35℃时，甲、乙两种植物的光合与呼吸作用强度的差值均为0
【解题指南】(1)题干关键信息：“净光合速率”“随叶片温度(叶温)变化的趋势”。
(2)图示信息：从曲线可看出两种植物的净光合速率随温度的变化先增后减，不同温度下影响不同。
【解析】选D。本题考查温度对光合作用的影响。植物的光合作用所需要的能量来自太阳能，A项正确；由曲线可知在36～50℃时，植物甲的净光合速率高于植物乙，B项正确；植物光合与呼吸作用强度的差值即净光合速率，由曲线可知在叶温为25℃时，植物甲的净光合速率小于植物乙，C项正确；由曲线可知，叶温为35℃时，甲、乙两种植物的净光合速率相等，但不为0，故D项错误。
4.(2014·全国卷Ⅱ)某植物净光合速率的变化趋势如
图所示。
据图回答下列问题：
(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为
______。CO2浓度在a～b时，曲线______________表示
了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不
再增加，限制其增加的环境因素是_______________。
(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，
该植物呼吸作用产生的CO2量__________(填“大
于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度
的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑
__________这一因素的影响，并采取相应措施。
【解题指南】(1)关键知识：净光合速率=光合速率-呼
吸速率。
(2)图示信息：坐标图中净光合速率小于0时，光合速
率<呼吸速率；净光合速率为0时，光合速率=呼吸速率；净光合速率大于0时，光合速率>呼吸速率。
【解析】本题考查环境因素对光合速率的影响。
(1)图中CO2浓度为a时，高光强(曲线A)下的纵坐标为0，即净光合速率为0；CO2浓度在a～b时，曲线A、B、C均表现为上升，即净光合速率均随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时，高光强条件下(曲线A)的净光合速率仍然能够随着CO2浓度的增加而增加，由此可知限制B、C净光合速率增加的环境因素是光强。
(3)CO2浓度小于a时，3种光强下，净光合速率均小于0，即呼吸速率大于光合速率，也就是说呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。
(4)图中CO2浓度和光强会影响净光合速率从而影响植物的产量，故为提高植物的产量，应综合考虑CO2浓度和光强对植物产量的影响。
答案：(1)0　A、B和C　(2)光强　(3)大于　(4)光强
【加固训练】
1.(2015·钦州模拟)下表是在适宜条件下测得的某植
物叶绿体色素吸收光能的情况，有关分析不正确的是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(　　)
A.O2的释放速率变化与全部色素吸收光能百分比变化基本一致
B.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光时，叶绿体中C3含量会减少
C.该植物缺乏Mg时，叶绿素a吸收的光能百分比的减少幅度更大
D.环境温度降低，该植物对光能的利用能力升高
【解析】选D。色素分子吸收光能进行光反应释放O2，所以O2的释放速率变化与全部色素吸收光能百分比变化基本一致；由550 nm波长的光转为670 nm波长的光时，光反应增强，叶绿体中C3的还原会增强，所以CO2浓度一定时，C3的含量会减少；该植物缺乏Mg时，影响叶绿素的合成，所以叶绿素a吸收的光能百分比的减少幅度更大；环境温度降低，影响酶的活性，该植物对光能的利用能力会降低。
2.(2015·洛阳模拟)下图曲线Ⅰ表示黄豆光合作用速
率与光照强度的关系(适宜温度、CO2浓度为0.03%)。
在y点时改变某条件，曲线变为Ⅱ。下列分析合理的
是(　　)
A.与y点相比，x点叶绿体中的C3含量较低
B.在y点时，升高温度导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
C.制约x点光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量
D.制约z点光合作用的因素可能是CO2浓度
【解析】选D。x点的光照强度比y点弱，所以x点的C3含量较y点高；y点本来处于适宜温度下，升高温度会导致酶的活性降低，则曲线Ⅱ应在曲线Ⅰ的下方；x点限制其光合作用的因素主要是光照强度；在大于光饱和点的光照强度处(z点)增加CO2浓度，可能会加大光合作用强度。
考点二　探究光照强度对光合作用强度的影响　　　
【核心知识通关】
1.实验原理：
(1)在光照下，绿色植物通过_________产生O2。
光合作用
(2)若叶片中的气体逸出，细胞间隙充满了水，浮力减
小，叶片就会沉到水底；若光合作用产生的__充斥在
叶片的细胞间隙中，浮力增大，叶片会从水底浮起。
(3)光照强度不同，则光反应产生__的速率不同，叶片
上浮的时间也不同。
O2
O2
2.实验步骤及操作：
清水
CO2
细胞间隙充满了水
小圆形叶片浮起
【特别提醒】
(1)选择叶片的厚薄、颜色、鲜嫩程度要尽可能一致。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)烧杯放置时前一个烧杯不能给后一个烧杯造成光照阻挡。
【创新探究】
(1)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入
______溶液中。
(2)实验改进如下图所示：将盛水玻璃柱隔在灯与试管
之间的作用是___________________________________
_____。
NaHCO3
排除光照引起的温度变化对实验结果的
影响
(3)利用下列简易装置中气体的变化量来测量某植物的呼吸作用和光合作用强度(以单位时间内产生O2的量表示)。
①若测量植物的细胞呼吸强度，装置应放在_____环境
中，将图中B三角瓶内放置_____溶液，此时CD两侧的
液面变化是_______。
②若测量植物的光合作用强度，装置应放在_____下并
将图中B三角瓶内放置______溶液，此时CD两侧的液面
变化情况_________。
黑暗
NaOH
C高D低
光照
NaHCO3
不能判断
【高考模拟精练】
1.(2016·南京模拟)下图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置，氧气传感器可监测O2浓度的变化，下列叙述错误的是(　　)
A.该实验探究不同单色光对光合作用强度的影响
B.加入NaHCO3溶液是为了吸收细胞呼吸释放的CO2
C.拆去滤光片，单位时间内氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度
D.若将此装置放在黑暗处，可测定金鱼藻的细胞呼吸强度
【解析】选B。分析图示装置可知，自变量是不同的单色光，因变量为盛气装置中O2的多少，因而该实验可探究不同单色光对光合作用强度的影响，A项正确；加入NaHCO3溶液是为了给金鱼藻进行光合作用提供原料CO2，B项错误；拆去滤光片，给以自然光照，光合作用较任一单色光照的光合作用都强，因而单位时间内氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度，C项正
确；若将此装置放在黑暗处，金鱼藻只进行细胞呼吸，不进行光合作用，因而可通过测定盛气装置中O2的减少量，测定金鱼藻的细胞呼吸强度，D项正确。
2.(2016·孝感模拟)某一生物兴趣小组利用如图装置(若干个)开展了有关光合作用和细胞呼吸的实验研究。实验开始时，打开活塞开关使水柱液面平齐，然后关闭活塞开关，4小时后，观察记录实验数据如下表。下列叙述错误的是(　　)
A.实验的自变量是植物的种类和光质
B.若要研究不同植物的光合作用，应选a组和c组
C.若烧杯中加入的是CO2的缓冲液，则U型管两侧的高度差是由于O2的变化引起的
D.a组天竺葵的净光合速率为120 mL/h
【解析】选D。分析表格可知，该实验的自变量是植
物的种类和光质，A项正确；若要研究不同植物的光
合作用，植物的种类为自变量，其他无关变量都应相
同且适宜，所以选表格中的a组和c组，B项正确；若
烧杯中加入CO2缓冲液，则U型管两侧的高度差是由于
光合作用释放O2和呼吸作用消耗O2的差值引起的，C
项正确；4 h后a组两侧水柱高度差为240 mL，O2释放
量为120 mL，因此植物的净光合作用速率是120÷4=
30 mL/h，D项错误。
【延伸探究】若利用图示装置测量天竺葵的呼吸速
率，则如何设计实验？
提示：对装置进行遮光处理，烧杯中盛放NaOH溶液
(或能吸收CO2的液体)，测量单位时间内两侧水柱
高度差。
3.(2016·南平模拟)如图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆叶片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的圆叶片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个玻璃皿中圆叶片上浮至液面所用的平均时间(如图乙)，以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析正确的是(　　)
A.在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小
B.在bc段，单独增加NaHCO3溶液浓度，可以缩短叶圆片上浮的时间
C.在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降
D.因NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶圆片不能进行呼吸作用
【解析】选C。ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐增强，释放的氧气量增多，圆叶片上浮至液面所用的平均时间减少，A项错误；NaHCO3溶液可以提供CO2，光合作用受到CO2、光照等条件影响，单独增加NaHCO3溶液浓度，光合作用速率不一定发生变化，B项错误；在c点以后，因为NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降，产生氧气量减少，圆叶片上浮至液面所用的平均时间增加，C项正确；整个实验过程中叶片都在进行呼吸作用，D项错误。
4.(2015·全国卷Ⅰ)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量______
(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物
的量，依据是____________；C组和D组的实验结果可
表明光合作用中有些反应不需要____________，这些
反应发生的部位是叶绿体的______________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着____________的增
加，使光下产生的________________________能够
及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的
同化量。
【解析】(1)在该实验中，作为对照组的D组接受全
光照135 s，而C组实验是光照和黑暗交替进行，其
仅用了D组的一半时间的光照，但合成的有机物的量
是94%(D组为100%)，故单位光照时间内，C组植物合
成有机物的量高于D组植物合成有机物的量。C组光照
时间的缩短，说明在光合作用过程中，暗反应不需要
光照，而这个过程发生在叶绿体的基质中。
(2)光合作用过程有两个阶段：光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须在光下进行，其将水分解，产生ATP和还原型辅酶Ⅱ([H])用于暗反应。A、B、C三组处理相比，随着光照时间间隔的减少，光照频率的增加，使光下产生的ATP和[H]能够及时被利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案：(1)高于　C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%(其他合理答案也可)　光照　基质
(2)光照和黑暗交替频率(其他合理答案也可)　ATP和还原型辅酶Ⅱ
【加固训练】
1.下图所示是测定金鱼藻光合作用的实验装置，下表
数据是在适宜(恒定)温度条件下，改变光源与烧杯距
离测得的金鱼藻放出的气泡数。下列叙述错误的是
(　　)
A.该实验是研究光照强度对光合速率的影响
B.15 cm处，光照较长时间后，产生的气泡数逐渐减少的原因是溶液中CO2逐渐减少
C.45 cm处，金鱼藻不能进行光合作用
D.从图和表中可以得出的结论是在一定范围内随光照强度增强，光合作用速率加快
【解析】选C。该实验是通过改变烧杯与光源的距离控制光照强度的，A项正确；由于溶液中CO2的量有限，随着光合作用的进行，溶液中CO2逐渐减少，光合作用越来越弱，产生的气泡数逐渐减少，B项正确；45 cm处，金鱼藻不能释放O2，原因是光合作用产生的O2正好供给呼吸作用，C项错误；由实验的结果可知，光源与烧杯的距离越大，气泡产生的数量越少，得出的结论是在一定范围内随光照强度增强，光合作用速率加快，D项正确。
2.(2015·南通模拟)科研人员采用人工遮荫的方法，探究遮荫强度对苦丁茶树叶片生长及光合作用的影响，结果如下表。下列叙述错误的是(　　)
A.适当遮荫后苦丁茶树叶片增厚、叶色加深
B.测定叶片中叶绿素含量时应先用无水乙醇提取色素
C.若叶绿素a的形成与蓝光有关，叶绿素b的形成与红光有关，则遮荫条件下蓝光成分相对增加
D.根据实验结果，在苦丁茶园间种一些高秆儿作物或果树，可有效提高作物产量
【解析】选C。根据表格可判断，适当遮荫后苦丁茶树叶片增厚、叶面积增大、叶色加深，因此适当遮荫更有利于苦丁茶的增产，A、D项正确；色素应先提取再测定含量，B项正确；部分遮光后叶绿素a/b降低，说明遮光更有利于叶绿素b的合成，根据C项信息判断，遮荫条件下红光成分相对增加，C项错误。
阅卷案例5 影响光合作用的环境因素
【找错·纠错】
——请找出题目中的错误答案并纠正
错答1：序号______
正答：____________________
错答2：序号______
正答：___________
②
无水乙醇(或丙酮)
③
叶绿素a
错答3：序号______
正答：_________________________________________
______
错答4：序号____